domingo, 23 de junio de 2019

Un modelo de cómo el cerebro se mantiene sincronizado.





Un nuevo análisis basado en el  Atlas de Conectividad Cerebral del Ratón del Instituto  Allen,
 generando 
 un diagrama de cableado de las conexiones del cerebro del ratón,
 muestra que las conexiones de largo alcance pueden ser importantes
 para que el cerebro de los mamíferos sincronice su actividad.




En el cerebro, las conexiones son clave. Un cerebro de ratón contiene alrededor de mil millones de sinapsis, o conexiones físicas entre neuronas, y nuestro propio cerebro alberga aproximadamente 100 billones. Los investigadores apenas están empezando a arañar la superficie de cómo este complejo cableado se traduce en las muchas habilidades del cerebro, pero un nuevo estudio basado en un modelo de la conectividad en el cerebro del ratón ha arrojado luz sobre algunas conexiones particularmente raras, aquellas que abarcan distancias muy largas en el cerebro.

En un estudio publicado en la revista PLOS Computational Biology, los neurocientíficos computacionales del Instituto  Allen describen un modelo computacional que revela que las conexiones de largo alcance en el cerebro del ratón son importantes para que las neuronas trabajen en sincronía unas con otras y también para romper esa sincronía cuando deja de ser necesaria.

Los investigadores creen que la capacidad del cerebro para sincronizarse, y para cambiar rápidamente entre actividades síncronas y asíncronas, es importante para una amplia gama de funciones diferentes. Este cambio rápido, a menudo, aparece dañado en los pacientes con enfermedad de Alzheimer, al igual que las conexiones de largo alcance, por lo que también es posible que estas conexiones sean importantes para mantener a nuestro cerebro sano.


Los enlaces neuronales perdidos


El estudio utilizó datos del Atlas de Conectividad Cerebral del Ratón del Instituto Allen, un diagrama de cableado que rastrea el "conectoma" del ratón, un mapa de las conexiones neuronales de todo el cerebro del  animal. Los investigadores utilizaron esos datos para construir un modelo que simula un aspecto de la función cerebral: la sincronía de la actividad neuronal.

En el cerebro, las conexiones mas frecuentes ocurren entre las neuronas que están cerca unas de otras. Pero un pequeño porcentaje de las conexiones del cerebro abarcan distancias más largas, y esas conexiones resultaron ser necesarias para que el modelo computacional imite la dinámica natural del cerebro. La mayoría de los trabajos de modelado anteriores las habían pasado por alto.

"Estas conexiones son pocas y distantes entre sí, pero son muy importantes", según Stefan Mihalas, Investigador Asociado del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro y coautor del estudio. "Es fácil pasarlas por alto porque es necesario realizar muchas mediciones para capturarlas. La única razón por la que no las hemos perdido es porque los datos de conectividad en el atlas son muy completos".

 


¿Por qué nos sincronizamos?


Para explicar por qué un cerebro necesitaría sincronizar su actividad, Mihalas plantea algunas preguntas que parecen más metafísicas que matemáticas: “¿Qué hace que un cerebro sea un todo, en lugar de la suma de piezas? Si pones dos cerebros juntos, ¿por qué no dan como resultado un cerebro gigante? "

Parece una pregunta ridícula, pero es impactante el fenómeno del "síndrome de cerebro dividido", en el que algunos pacientes a los que les cortan las conexiones entre los hemisferios izquierdo y derecho (generalmente para tratar la epilepsia grave) parecen mostrar dos conciencias separadas. Para realizar sus múltiples funciones: percepción sensorial, procesamiento, toma de decisiones, el cerebro debe interactuar tanto a nivel local como global.

Un modelo computacional que imita las conexiones observadas en el cerebro del ratón fue capaz de cambiar los estados del "cerebro" virtual, desincronizando rápidamente su actividad pero sin fragmentar su totalidad. Si los investigadores mezclaban las conexiones al azar, el modelo se dañaba al recibir un estímulo, incapaz de unirse y sincronizarse como una unidad.

Para cambiar rápidamente nuestro enfoque entre dos actividades, puede ayudarnos el alternar entre sincronización y desincronización, según Mihalas. Los estudios de resonancia magnética de personas, a las que se les pide que no se centren en ninguna cosa en particular, revelan que los cerebros, cuando divagan, exhiben ondas sincronizadas que se apagan rápidamente en presencia de un estímulo externo, como un ruido repentino. Y las regiones del cerebro responsables de la percepción sensorial, como la corteza visual, exhiben actividad incluso cuando no están siendo estimuladas, como cuando los ojos de una persona están cerrados.

Este modelo es solo un paso hacia la comprensión de cómo la estructura intrincada del cerebro permite su amplia gama de habilidades. Los investigadores del Instituto Allen están trabajando en las siguientes iteraciones del conectoma del ratón, un conjunto de datos que toma en cuenta muchas más complejidades del cerebro de los mamíferos. Los neurocientíficos también están trabajando para comprender si se alteran las conexiones y la sincronía en un modelo de ratón de la enfermedad de Alzheimer, y como lo hacen.

Con modelos cada vez más precisos del conectoma tanto del ratón, como del ser humano, tendremos respuestas cada vez mas certeras al gran misterio que todavía supone el funcionamiento del cerebro.